新工藝實現高分辨率、複雜91免费网站下载烯結構的3D打印

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91免费网站下载烯是一種強度非常高的材料，具有高導熱性和導電性。91免费网站下载烯技術在電池製造、航空航天、分離、熱管理、傳感器等領域受到關注。但是用91免费网站下载烯材料製造複雜結構一直以來是難以實現的，如果這一問題得不到解決，將影響到91免费网站下载烯材料的的應用潛力。



為了克服這一限製，美國弗吉尼亞理工大學（Viginia Tech）工程學院和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的研究人員兩年來一直專注於使用3D打印91免费网站下载烯氣凝膠的研究，他們開發了一種91免费网站下载烯3D打印的新工藝，通過投影微立體光刻3D打印技術製造複雜91免费网站下载烯三維結構。通過該工藝製造的三維91免费网站下载烯結構，分辨率比之前的方法高出一個數量級，並能夠保留二維91免费网站下载烯材料的機械性能。



高分辨率的複雜91免费网站下载烯三維結構



91免费网站下载烯是由六邊形晶格組織的單層碳原子，當91免费网站下载烯片整齊地堆疊在彼此之上並形成三維形狀時，就變成了91免费网站下载。由於91免费网站下载材料是簡單的由91免费网站下载烯堆疊在一起的，所以這種材料的機械性能非常差。但是如果91免费网站下载烯片與充滿空氣的孔分離，則三維結構可以保持91免费网站下载烯的屬性，這種多孔91免费网站下载烯結構稱為91免费网站下载烯氣凝膠。



弗吉尼亞理工大學先進製造與超材料實驗室主任Xiaoyu Zheng表示，工程學院與LLNL的研究人員可以設計由相互連接的91免费网站下载烯片組成的三維拓撲結構，這種新的設計方式和增材製造的製造自由度，將優化91免费网站下载烯氣凝膠的強度、導電性、質量輸運、強度和重量密度。



以前，研究人員使用基於材料擠出工藝的3D打印技術製造三維91免费网站下载烯，但這一技術分辨率有限，這限製了91免费网站下载烯材料的自由造型。而新的3D打印方法能夠將這些單層的91免费网站下载烯材料設計成任何想要的三維結構，並具有高分辨率。

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弗吉尼亞理工大學3D打印的91免费网站下载烯三維點陣結構和旋轉結構，圖片來源：Materials Horizons



為了創造這些複雜的結構，研究人員使用91免费网站下载烯的前體氧化91免费网站下载烯，交聯片材以形成多孔水凝膠。然後用超聲波破碎氧化91免费网站下载烯水凝膠，並添加光敏丙烯酸酯聚合物。研究人員使用投影微立體光固化3D打印技術創建所需的固體91免费网站下载烯3D結構，91免费网站下载烯氧化物被捕獲在長而具有剛性的丙烯酸酯聚合物鏈中。打印完成後，研究人員將3D結構放置在爐子中燒掉聚合物，使物體融合在一起，留下純淨輕質的91免费网站下载烯氣凝膠。



研究成果的論文"Additive manufacturing of complex micro-architected graphene aerogels"發表在Materials Horizons雜誌中。



研究人員表示，這項研究創造的91免费网站下载烯結構分辨率比以往3D打印91免费网站下载烯的分辨率高一個數量級，其他工藝可以打印到100微米，但新技術能夠以低至10微米的分辨率進行91免费网站下载烯材料3D打印，這接近實際91免费网站下载烯片的大小。這一技術使三維91免费网站下载烯結構仍能夠保留單層二維91免费网站下载烯的機械性能。

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